Bagaimana untuk mencapai padanan impedans pandu gelombang? Daripada teori talian penghantaran dalam teori antena mikrojalur, kita tahu bahawa talian penghantaran siri atau selari yang sesuai boleh dipilih untuk mencapai padanan impedans antara talian penghantaran atau antara talian penghantaran dan beban untuk mencapai penghantaran kuasa maksimum dan kehilangan pantulan minimum. Prinsip padanan impedans yang sama dalam talian mikrojalur terpakai kepada padanan impedans dalam pandu gelombang. Pantulan dalam sistem pandu gelombang boleh menyebabkan ketidakpadanan impedans. Apabila kemerosotan impedans berlaku, penyelesaiannya adalah sama seperti untuk talian penghantaran, iaitu, mengubah nilai yang diperlukan. Impedans terkumpul diletakkan pada titik yang telah dikira terlebih dahulu dalam pandu gelombang untuk mengatasi ketidakpadanan, sekali gus menghapuskan kesan pantulan. Walaupun talian penghantaran menggunakan impedans atau stub terkumpul, pandu gelombang menggunakan blok logam pelbagai bentuk.
Rajah 1: Iris pandu gelombang dan litar setara, (a) Kapasitif; (b) induktif; (c) resonan.
Rajah 1 menunjukkan pelbagai jenis padanan impedans, mengambil mana-mana bentuk yang ditunjukkan dan boleh menjadi kapasitif, induktif atau resonan. Analisis matematik adalah kompleks, tetapi penjelasan fizikal tidak. Memandangkan jalur logam kapasitif pertama dalam rajah tersebut, dapat dilihat bahawa potensi yang wujud antara dinding atas dan bawah pandu gelombang (dalam mod dominan) kini wujud antara dua permukaan logam yang berdekatan, jadi kapasitansnya meningkat. Sebaliknya, blok logam dalam Rajah 1b membenarkan arus mengalir di tempat yang tidak mengalir sebelum ini. Akan ada aliran arus dalam satah medan elektrik yang dipertingkatkan sebelum ini disebabkan oleh penambahan blok logam. Oleh itu, penyimpanan tenaga berlaku dalam medan magnet dan induktans pada titik pandu gelombang itu meningkat. Di samping itu, jika bentuk dan kedudukan cincin logam dalam Rajah c direka bentuk secara munasabah, reaktans induktif dan reaktans kapasitif yang diperkenalkan akan sama, dan apertur akan menjadi resonans selari. Ini bermakna padanan impedans dan penalaan mod utama adalah sangat baik, dan kesan shunting mod ini akan diabaikan. Walau bagaimanapun, mod atau frekuensi lain akan dilemahkan, jadi cincin logam resonan bertindak sebagai penapis jalur lalu dan penapis mod.
rajah 2:(a) tiang pandu gelombang;(b) pemadanan dua skru
Satu lagi cara untuk penalaan ditunjukkan di atas, di mana tiang logam silinder memanjang dari salah satu sisi yang lebar ke dalam pandu gelombang, mempunyai kesan yang sama seperti jalur logam dari segi menyediakan reaktans terkumpul pada titik itu. Tiang logam boleh bersifat kapasitif atau induktif, bergantung pada sejauh mana ia memanjang ke dalam pandu gelombang. Pada asasnya, kaedah pemadanan ini ialah apabila tiang logam sedemikian memanjang sedikit ke dalam pandu gelombang, ia memberikan suseptans kapasitif pada titik itu, dan suseptans kapasitif meningkat sehingga penembusan adalah kira-kira satu perempat daripada panjang gelombang. Pada ketika ini, resonans siri berlaku. Penembusan selanjutnya pada tiang logam menghasilkan suseptans induktif yang disediakan yang berkurangan apabila penyisipan menjadi lebih lengkap. Keamatan resonans pada pemasangan titik tengah adalah berkadar songsang dengan diameter lajur dan boleh digunakan sebagai penapis, walau bagaimanapun, dalam kes ini ia digunakan sebagai penapis hentian jalur untuk menghantar mod tertib yang lebih tinggi. Berbanding dengan peningkatan impedans jalur logam, kelebihan utama menggunakan tiang logam ialah ia mudah dilaraskan. Contohnya, dua skru boleh digunakan sebagai peranti penalaan untuk mencapai pemadanan pandu gelombang yang cekap.
Beban dan pelemahan rintangan:
Seperti mana-mana sistem penghantaran yang lain, pandu gelombang kadangkala memerlukan padanan impedans yang sempurna dan beban yang ditala untuk menyerap sepenuhnya gelombang masuk tanpa pantulan dan tidak sensitif terhadap frekuensi. Satu aplikasi untuk terminal sedemikian adalah untuk membuat pelbagai ukuran kuasa pada sistem tanpa benar-benar memancarkan sebarang kuasa.
rajah 3 rintangan pandu gelombang beban(a)tirus tunggal(b)tirus berganda
Penamatan resistif yang paling biasa ialah bahagian dielektrik lossy yang dipasang di hujung pandu gelombang dan diruncingkan (dengan hujung menghala ke arah gelombang yang masuk) supaya tidak menyebabkan pantulan. Medium lossy ini mungkin memenuhi keseluruhan lebar pandu gelombang, atau ia mungkin hanya memenuhi bahagian tengah hujung pandu gelombang, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3. Tirus boleh menjadi tirus tunggal atau berganda dan biasanya mempunyai panjang λp/2, dengan jumlah panjang kira-kira dua panjang gelombang. Biasanya diperbuat daripada plat dielektrik seperti kaca, disalut dengan filem karbon atau kaca air di bahagian luar. Untuk aplikasi berkuasa tinggi, terminal sedemikian boleh mempunyai sink haba yang ditambah pada bahagian luar pandu gelombang, dan kuasa yang dihantar ke terminal boleh dihamburkan melalui sink haba atau melalui penyejukan udara paksa.
rajah 4 Atenuator bilah boleh alih
Atenuator dielektrik boleh ditanggalkan seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4. Diletakkan di tengah pandu gelombang, ia boleh digerakkan secara lateral dari pusat pandu gelombang, di mana ia akan memberikan atenuasi terbesar, ke tepi, di mana atenuasi berkurangan dengan ketara kerana kekuatan medan elektrik mod dominan jauh lebih rendah.
Atenuasi dalam pandu gelombang:
Pelemahan tenaga pandu gelombang terutamanya merangkumi aspek berikut:
1. Pantulan daripada ketakselanjaran pandu gelombang dalaman atau bahagian pandu gelombang yang tidak sejajar
2. Kerugian yang disebabkan oleh arus yang mengalir di dinding pandu gelombang
3. Kerugian dielektrik dalam pandu gelombang yang diisi
Dua yang terakhir adalah serupa dengan kerugian yang sepadan dalam talian sepaksi dan kedua-duanya agak kecil. Kerugian ini bergantung pada bahan dinding dan kekasarannya, dielektrik yang digunakan dan frekuensi (disebabkan oleh kesan kulit). Bagi saluran tembaga, julatnya adalah dari 4 dB/100m pada 5 GHz hingga 12 dB/100m pada 10 GHz, tetapi bagi saluran aluminium, julatnya lebih rendah. Bagi pandu gelombang bersalut perak, kerugian biasanya 8dB/100m pada 35 GHz, 30dB/100m pada 70 GHz, dan hampir 500 dB/100m pada 200 GHz. Untuk mengurangkan kerugian, terutamanya pada frekuensi tertinggi, pandu gelombang kadangkala disadur (secara dalaman) dengan emas atau platinum.
Seperti yang telah ditunjukkan, pandu gelombang bertindak sebagai penapis laluan tinggi. Walaupun pandu gelombang itu sendiri hampir tanpa kehilangan, frekuensi di bawah frekuensi pemotongan dilemahkan dengan ketara. Pelemahan ini disebabkan oleh pantulan pada mulut pandu gelombang dan bukannya perambatan.
Gandingan pandu gelombang:
Gandingan pandu gelombang biasanya berlaku melalui bebibir apabila kepingan atau komponen pandu gelombang disambungkan bersama. Fungsi bebibir ini adalah untuk memastikan sambungan mekanikal yang lancar dan sifat elektrik yang sesuai, khususnya sinaran luaran yang rendah dan pantulan dalaman yang rendah.
Bebibir:
Bebibir pandu gelombang digunakan secara meluas dalam komunikasi gelombang mikro, sistem radar, komunikasi satelit, sistem antena dan peralatan makmal dalam penyelidikan saintifik. Ia digunakan untuk menyambungkan bahagian pandu gelombang yang berbeza, memastikan kebocoran dan gangguan dicegah, dan mengekalkan penjajaran pandu gelombang yang tepat untuk memastikan penghantaran gelombang elektromagnet frekuensi yang tinggi dan kedudukan yang tepat. Pandu gelombang biasa mempunyai bebibir di setiap hujungnya, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5.
rajah 5 (a) bebibir biasa; (b) gandingan bebibir.
Pada frekuensi yang lebih rendah, bebibir akan dipateri atau dikimpal pada pandu gelombang, manakala pada frekuensi yang lebih tinggi, bebibir rata yang lebih rata digunakan. Apabila dua bahagian disambungkan, bebibir dibolt bersama, tetapi hujungnya mesti disiapkan dengan lancar untuk mengelakkan ketakselanjaran dalam sambungan. Sudah tentu lebih mudah untuk menyelaraskan komponen dengan betul dengan beberapa pelarasan, jadi pandu gelombang yang lebih kecil kadangkala dilengkapi dengan bebibir berulir yang boleh diskru bersama dengan nat cincin. Apabila frekuensi meningkat, saiz gandingan pandu gelombang secara semula jadi berkurangan, dan ketakselanjaran gandingan menjadi lebih besar berkadaran dengan panjang gelombang isyarat dan saiz pandu gelombang. Oleh itu, ketakselanjaran pada frekuensi yang lebih tinggi menjadi lebih menyusahkan.
rajah 6 (a) Keratan rentas gandingan cok; (b) pandangan hujung bebibir cok
Untuk menyelesaikan masalah ini, jurang kecil boleh ditinggalkan di antara pandu gelombang, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 6. Gandingan cok yang terdiri daripada bebibir biasa dan bebibir cok yang disambungkan bersama. Untuk mengimbangi kemungkinan ketakselanjaran, cincin cok bulat dengan keratan rentas berbentuk L digunakan dalam bebibir cok untuk mencapai sambungan yang lebih ketat. Tidak seperti bebibir biasa, bebibir cok sensitif frekuensi, tetapi reka bentuk yang dioptimumkan dapat memastikan lebar jalur yang munasabah (mungkin 10% daripada frekuensi tengah) di mana SWR tidak melebihi 1.05.
Masa siaran: 15 Jan-2024
